[发明专利]一种基于长周期深刻蚀槽光栅的波长可调谐激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长可调谐激光器，尤其涉及一种基于长周期深刻蚀槽光栅的波长可调谐激光器。

背景技术

人类社会已经进入了一个信息交换量爆炸式急剧增长的时代，同时伴随着光纤和激光器技术的重大突破，光纤通信技术以其巨大的宽带潜力和无与伦比的传输性能等优点在通信领域。其中波分复用技术（wavelength-division multiplexing, WDM）是目前大容量光纤通信网普遍采用的技术。有线电视综合业务的开展,对网络带宽需求的日益增长，各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等，WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来,表现出广阔的应用前景。

这项技术是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。

可见波分复用技术是在同一根光纤上成倍提高传输容量，来实现光纤通信系统升级扩容并以较小的成本进一步提高通信容量。这其中一个关键技术就是波长可调谐激光器：要求具有较大调谐范围（比如：5~10nm），工作稳定、成本低廉、操作简单。

目前在光通讯领域中使用最为广泛的波长可调谐激光器有两种方案：通过温度调节的分布反馈激光器（DFB）、通过电流调节的分布反射光栅激光器（DBR）。典型DFB激光器的结构如图1所示，其中量子阱层被刻蚀成光栅的形状，为谐振腔提供反馈。通过调节DFB激光器的工作温度改变材料折射率，进而移动其反射峰的位置，可以实现波长调谐的效果。这种调谐方式的最大缺点是速度慢，另外其调谐范围比较小，大约3~5nm。

另一种常用结构是DBR激光器，其结构如图2。该器件在工作时，通过向有源区1加电流提供增益，光栅区3与另一端的反射面构成了激光器的谐振腔，同时向相位区2注入电流用于调节腔内相位使得所需波长达到谐振条件的相位要求。调节光栅区3的注入电流可以有效调节光栅的反射峰，从而实现波长调谐的效果。该结构的优点是调节范围较大，而且调节速度较快。但其缺点也是非常显著的，首先需要至少3个电极同时工作，而实际应用中一般是3~5个电极实现控制，需要复杂的外围电路支持；其次DBR激光器的制造中需要制作光栅、刻蚀光栅、二次外延等步骤，以上两点大大增加了该器件的成本。

以上两种激光器设计的共同之处是都使用光栅提供反馈，而由于光栅在上包层下，所以都粗要二次外延，有一种更为简单的替代方案是利用周期性的刻蚀槽阵列来代替光栅，为腔内提供反馈，这样就可以免去二次外延的工艺，简化设计，降低成本。University College Cork的一个研究组在这方面取得了许多不错的成果，图3所示是他们提出的一个设计，其中5是反射区，6是增益区。反射区波导交错放置着两组不同周期的刻蚀光栅，通过调节这两组光栅的注入电流，他们得到了37个通信信道，间隔为100GHz。但是该器件需要3电极支持，并要求同时调节两个电极的注入电流才可以实现调谐，这需要设计复杂的驱动电路，因此在实际使用时仍存在很大的麻烦。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术的不足，提供一种基于长周期深刻蚀槽光栅刻的波长可调谐激光器

本发明采用的技术方案是：一种基于长周期深刻蚀槽光栅的波长可调谐激光器，它主要由一体形成的深刻蚀反射面、第一深刻蚀槽光栅区、第二深刻蚀槽光栅区和输出波导等组成；所述的第一深刻蚀槽光栅区和第二深刻蚀槽光栅区分别由1~3个深刻蚀槽构成，每个深刻蚀槽的宽度是四分之一激光器中心波长的整数倍；所述的第一深刻蚀槽光栅区和第二深刻蚀槽光栅区具有不同的光栅周期，并分别被第一深刻蚀槽光栅区电极和第一深刻蚀槽光栅区电极覆盖，可以通过向第一深刻蚀槽光栅区电极或第一深刻蚀槽光栅区电极注入电流来调谐激光器的波长；所述激光器制作在半导体外延片上，从下往上生长下包层、量子阱层、上包层以及上述各层之间的辅助层；所述第一深刻蚀槽光栅区第二深刻蚀槽光栅区和深刻蚀反射面的刻蚀深度均到达下包层。

进一步地，所述第一深刻蚀槽光栅区和第二深刻蚀槽光栅区具有不同的光栅周期，两个周期长度的光程均为四分之一激光器中心波长的整数倍，并且其中至少有一个周期长度的光程为四分之一激光器中心波长的偶数倍。

进一步地，所述深刻蚀反射面与第二深刻蚀槽光栅区的尾部深刻蚀槽构成了激光器谐振腔的两个反射面，激光器的输出可以直接从深蚀反射面输出，也可以通过尾部深刻蚀槽耦合入输出波导输出。